Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Satellitenkommunikation der Zukunft

01.06.2016

In Katastrophenfällen kommunizieren Rettungskräfte in der Regel über Satellit, wenn Telefon und Mobilfunk ausgefallen sind. Doch das hat Nachteile: Sind die Datenleitungen überlastet, bricht die Verbindung ab. Zudem gibt es bislang kaum Systeme für sich bewegende Fahrzeuge. Fraunhofer-Forscher haben ein neues Antennensystem entwickelt, das Daten via Satellit mit hoher Bandbreite zuverlässig überträgt und für den mobilen Einsatz geeignet ist.

Regelmäßig erschüttern Naturkatastrophen die Erde. Wie im Fall des Tsunamis in Japan oder des Erdbebens in Nepal werden dabei auch Strom- und Telefonleitungen zerstört. In der Regel fällt der Mobilfunk großflächig aus, weil die Masten beschädigt werden. Rettungsdienste greifen deshalb in Katastrophenfällen auf eigene Kommunikationstechnik zurück – meist auf Satellitenanlagen. Daten oder Telefongespräche werden direkt zu einem Satelliten im All und von dort zu Empfangsstationen auf der Erde geschickt. Damit sind die Rettungskräfte von der Kommunikationsinfrastruktur am Erdboden unabhängig.


Auf dem Teststand der »Facility for Over-the-Air Research and Testing (FORTE)« werden die entwickelten Nachführalgorithmen der KASYMOSA-Antenne bei unterschiedlichen Bewegungsprofil

© Fraunhofer IIS

Bislang hat die Satellitenkommunikation Nachteile. So dauert der Aufbau einer kleinen Satellitenstation im Feld einige Zeit. Einmal aufgebaut, lässt sie sich dann nicht mehr ohne weiteres bewegen. Darüber hinaus bricht die Verbindung immer wieder ab, wenn viele Daten übertragen werden müssen oder ein Gewitter stört. Die Satellitenantenne muss – wie man es vom Fernsehen kennt – sehr genau auf den Satelliten ausgerichtet werden. Deswegen ist es heute so gut wie unmöglich, in einem fahrenden Auto via Satellit breitbandig zu kommunizieren, weil sich die Antenne durch die Bewegung des Fahrzeugs ständig aus dem Fokus bewegt.

Antenne immer korrekt ausgerichtet

Im Verbundprojekt KASYMOSA (Ka-Band Systeme für Mobile Satellitenkommunikation) haben mehrere Forschungseinrichtungen eine Reihe von Technologien entwickelt, um die Satellitenkommunikation für den mobilen Einsatz fit zu machen. Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen ist mit drei Arbeitsgruppen beteiligt. Für die mobile Kommunikation müssen die Forscher einige Hürden überwinden. Zunächst geht es darum, die Satellitenantenne auf einem fahrenden Auto so schnell zu bewegen und nachzuführen, dass sie den Satelliten stets im Auge behält. Dabei kommt es auf hohe Präzision an: So darf sie sich nur um höchstens 0,2 Grad aus dem Fokus des Satelliten bewegen. Schon das Einsteigen aber bewegt ein Auto deutlich stärker.

Die Partner haben deshalb für eine Mechanik, die die Antenne präzise und zügig bewegen kann, Algorithmen entwickelt. Sie steuern die Bewegung der Antenne exakt so, dass sie eine Richtungsänderung innerhalb von Sekundenbruchteilen kompensiert.

Eine klassische Satellitenantenne mit 60 Zentimeter Durchmesser ist auf einem Autodach unpraktisch. Sie würde das Schwanken verstärken. »Seit einiger Zeit gibt es weltweit einen Trend zur Entwicklung flacher Satellitenantennen, den Panel-Antennen«, sagt Projektleiter Florian Raschke vom IIS. Diese werden heute bereits in die Außenhaut von Flugzeugen montiert, um Passagieren die Internetnutzung über Satellit zu ermöglichen, das Inflight-Internet. Ein Flugzeug vollführt aber sehr gleichmäßige Bewegungen und verändert seine Position zum Satelliten relativ langsam. Die Anforderungen an eine solche Antenne sind geringer als an eine für ein Auto, das im Katastrophenfall möglicherweise über bucklige Feldwege rumpelt.

Internetnutzer sind es heute gewohnt, dass eine Verbindung stabil ist und nicht einfach abreißt, wenn viele Daten über die Leitung fließen. Schaut man einen HD-Film an oder nutzt man Videotelefonie, dann verändert sich allerhöchstens das Bild. Es wird gröber, pixeliger, wenn die Datenleitung stark belastet ist – doch nur selten einmal bricht die Verbindung ganz ab. Der Grund: Die Internettechnik ist heute so ausgelegt, dass sie eine Anwendung wie den Browser oder Skype so steuern kann, dass sie die Qualität des Bildes reduziert, die Funktionalität aber gewahrt bleibt.

Verbindung ohne Abbrüche und Aussetzer

Bei der Satellitenkommunikation ist das heute noch anders. Ist die Leitung überlastet, bricht sie einfach ab. Fernsehzuschauer erkennen das daran, dass ein Satellitenbild nicht langsam schlechter wird, sondern bei Gewitter einfach plötzlich weg ist. Mit anderen Worten: Der Satellitenkommunikation fehlt es bislang an einer durchgehenden Technik, die Verbindungsqualität wie im Internet regelt und an die aktuelle Auslastung der Datenleitung anpasst. Die Forscher haben die Datenverarbeitung so verändert, dass sich die Datenrate in Abhängigkeit von der Situation verändert. Dazu wurde ein spezielles Modem zur Übertragung der Daten entwickelt.

»Wir erreichen damit sehr hohe Bandbreiten von mehreren Megabit pro Sekunde«, sagt Raschke. »Damit reichen wir natürlich nicht an die Gigabit-Ströme einer festen Datenleitung heran, aber für die Satellitenkommunikation ist das ein großer Schritt.« Dank dieser Technik werden Rettungskräfte künftig Videos von der Situation vor Ort und Landkarten in kurzer Zeit versenden können, ohne dass die Verbindung abbricht. Ganz wie man es vom Internet gewohnt ist. Und auch Satellitentelefongespräche werden klar und ohne Aussetzer möglich sein.

Keine Zentralstation notwendig

Bislang ist es so, dass einzelne Sendestationen nur über eine Zentrale, einen Hub, miteinander Verbindung aufnehmen können. Das neu entwickelte Modem aber stellt jetzt direkte Verbindungen her. Das trägt nicht zuletzt zur Datensicherheit bei, weil Sender und Empfänger jetzt direkt miteinander Kontakt aufnehmen und der Datenstrom nicht mehr über den Hub läuft.

Das KASYMOSA-Projekt endet diesen Sommer. Dann wird ein Demonstrator des neuen Kommunikationssystems zur Verfügung stehen, der anschließend noch weiter getestet wird. Industriepartner verschiedener Branchen sind eingeladen, das System in verschiedenen Applikationen zu testen und zur Produktreife weiterzuentwickeln.

Weitere Informationen:

http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2016/Juni/satellitenkommu...

Thoralf Dietz | Fraunhofer Forschung Kompakt

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Der Form eine Funktion verleihen
23.06.2017 | Institute of Science and Technology Austria

nachricht Zukunftstechnologie 3D-Druck: Raubkopien mit sicherem Lizenzmanagement verhindern
23.06.2017 | Universität Ulm

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften